500t游艇搬运机液压卷扬系统设计

刘立志 罗利军 邵宏奎 王大江

摘 要：游艇搬运机的卷扬系统对于整机的提升和下降性能起着至关重要的作用。针对500 t游艇搬运机的卷扬系统，通过详细计算，得出卷扬扭矩。考虑游艇搬运机的额定起升速度，对液压系统进行设计，使其满足最大负载时起升的需要，保证游艇搬运机在额定负载时以额定速度正常起吊和下降；同时，使卷扬机起升下降稳定，不超速，启动时游艇不下滑或溜钩，并在实际运用时取得了良好效果。

关键词：游艇搬运机；液压卷扬；平衡阀

中图分类号：TH22 文献标志码：A

游艇搬运机是游艇起升、下降及短途运送游艇的专用特种设备，游艇制造厂通过使用游艇搬运机将新游艇吊起，然后运送到游艇码头，轻轻放下使新游艇下水试航；或者是在游艇码头将需要维修的游艇整机吊起，运送到船坞，再将游艇轻轻放下，以便于对游艇进行维修处理工作。

1 游艇搬运机液压卷扬系统要求

为了保证游艇搬运机起升和下降游艇的正常操作，其卷扬系统应满足如下要求：

（1）具有足够的起升功率。当游艇满足额定载荷500 t时，卷扬系统能够使游艇以1 m/min的速度起升和下降；

（2）起升和下降速度稳定，尤其是当游艇下降时，卷扬机不能超速，以保证游艇的安全；

（3）卷扬机起吊或下降游艇过程中或结束后无论停在任何位置，都能可靠停止游艇，使其不下滑。

2 卷扬马达、减速机及液压泵的参数计算及选取

500 t游艇搬运机由8个卷扬机组成起升下降机构，其总图如图1所示，游艇搬运机吊具绕绳方式如图2所示。由图可知，每个卷扬机起升重量62.5 t，通过吊具绕绳方式可知，有4个卷扬机是8倍率，有4个卷扬机是16倍率。

为了起升速度和功率不受影响，卷扬机钢丝绳拉力按8倍率算，钢丝绳速度按16倍率算；钢丝绳直径24 mm，卷扬机容绳3层，卷筒直径800 mm。

卷筒扭矩等于钢丝绳拉力乘以卷筒卷满钢丝绳时的最大外圆半径：T筒=F·R=62500/8×9.8×0.472=36.14 kN?m

我们选布雷维尼PWD3500减速机用作卷扬减速机，减速机最大扭矩Tmax=45 kN?m，减速比i=105.7，此款减速机最大扭矩能够满足卷筒使用要求

卷扬马达扭矩等于计算的卷扬减速机扭矩除以卷扬减速机速比：

T达=36140/105.7=341.91 N?m

卷扬马达排量按照经典马达排量公式计算：V=2πT达/（ΔP×10-6）

式中：V—马达的排量（mL/r）。

T达—马达扭矩（N?m）。

ΔP—马达进出口压差（MPa），取25 MPa。

带入数据计算得V=85.9 mL/r，选排量90马达。

卷扬减速机转速等于卷扬减速机线速度除以卷筒圆周长度：16m/（π×0.8）=6.37 r/min。

卷扬马达转速等于卷扬减速机转速乘以卷扬减速机速比：6.37×105.7=673.3 r/min。

8个卷扬马达需要流量按照马达需要流量经典公式计算：q达=n·V×8×10-3=90×673.3×8 ×10-3=485 L/min。

式中：n—马达的排量（mL/r）。

V—马达转速（r/min）。

发动机通过联轴器直接带泵，发动机额定转速2100 r/min。

按照马达流量和泵的流量匹配的原则，泵的流量乘以容积效率后等于马达流量，泵的排量等于马达需要流量除以泵的转速再除以泵的容积效率485×1000/（2100×0.95）=245 cc/r，选2个排量130泵。

3 液压卷扬系统设计

我们选用2台130负载敏感泵来驱动8台定量液压马达。为了使游艇搬运机卷扬系统起升或下降的控制能够在驾驶室中顺利操作完成，我们选用力士乐的负载敏感电比例多路阀—M4阀来控制卷扬马达AB口油液的换向及停止供油。

为了保证起升和下降速度稳定，尤其是当游艇下降时，卷扬机不能超速，我们在卷扬马达AB口增加板式平衡阀。由于卷扬机起升时，没有超越负载，考虑了节约成本设计，在马达起升时的出油口没有增加平衡阀，我们只在卷扬机下降时马达的出油口增加了平衡阀。马达出油口平衡阀的作用就是增加马达出油口的背压，并且使此背压不至于波动太大，保持马达出油口压力值稳定；马达出油口平衡阀的流量大小选择是根据马达的起升最大速度流量选择的，从而保证在游艇下降时能够以最大平稳速度下降，并且在游艇以最大平稳速度下降时，想要使下降减速或停止时，只要平稳调节比例多路阀的电流来减少或停止比例多路阀的液压油流量，游艇就会平稳减速下降或停止运动。

考虑到卷扬机起吊、下降游艇以及停在任意位置上时，保证都能任意停止，使其不下滑，选取了带驻车制动的布雷维尼减速机，同时在平衡阀内部2个主油路之间增加梭阀，2个主油路油压经过梭阀比较后再经过单向节流阀去解除卷扬减速机驻车的制动，即当且仅当2个主油路之一有压力油时，卷扬减速机驻车的制动才能解除，由于2個主油路之一已经有压力油，马达已经开始出力，这样在卷扬机启动瞬间就不会出现游艇溜钩的现象。

在卷扬机吊着游艇停止运动时，由于卷扬多路阀停止供油，卷扬平衡阀首先能够使游艇稳稳停止运动，由于主油路之一没有压力油，卷扬减速机的驻车弹簧将驻车腔油液排出，驻车抱死，防止卷扬平衡阀泄漏出现游艇溜钩的现象。

为防止卷扬马达吸空，在冷却齿轮泵出口加背压单向阀，背压单向阀和齿轮泵之间引出液压油给卷扬马达S1口供油，卷扬液压系统的原理图如图3所示。

500 t游艇搬运机在制造完成后在现场进行了型式试验，其卷扬性能能够满足上面所提的各种要求和设计参数，保证了游艇的正常起升和下降。在交付游艇公司后，优异的卷扬性能得到了客户的好评，如图4所示。

在设计游艇搬运机液压卷扬系统时，应该充分考虑并计算卷扬功率、起升速度等参数，一定注意游艇下降时，卷扬机不能超速；卷扬机启动瞬间，游艇不能下滑或溜钩。

参考文献

[1]王金祥.铁路客运专线预制梁轮胎式提梁机与轮轨式提梁机[J].铁道建筑技术，2005（2）：51-53，70.

[2]赵静一.TLMEL900型提梁机新型液压控制系统研究[J].液压与气动，2009（12）：27-30.

[3]王益华.泵控液压起升机构二次起升动态特性的仿真研究[J].工程机械，2006，37（11）：8-12.

[4]李壮云.液压元件与系统[M].北京：机械工业出版社，2008.